高中物理 第17章 第1節(jié) 能量量子化課件 新人教版選修3-5.ppt

第十七章波粒二象性 第1節(jié)能量量子化 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解黑體輻射 感悟以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法 2 了解能量子的概念及提出的科學(xué)過程 領(lǐng)會這一科學(xué)突破過程中科學(xué)家的思想 3 通過觀察熱輻射的強度與波長的關(guān)系圖象培養(yǎng)學(xué)生觀察能力 4 了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點 體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識 欄目鏈接 1 熱輻射 1 定義 我們周圍的一切物體都在輻射電磁波 這種輻射與物體的溫度有關(guān) 所以叫熱輻射 2 特點 熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同 2 黑體 1 定義 在熱輻射的同時 物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波 如果一些物體能夠完全吸收投射到其表面的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射 這種物體就是絕對黑體 簡稱黑體 欄目鏈接 2 黑體輻射特點 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與黑體的溫度有關(guān) 注 一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外 還與材料的種類及表面狀況有關(guān) 3 黑體輻射的實驗規(guī)律 19世紀(jì)末 物理學(xué)家從實驗和理論兩方面都研究了各種溫度下的黑體輻射 測量了它們的黑體輻射強度按波長分布的情況 得出圖甲所示的實驗曲線 欄目鏈接 1 黑體輻射的實驗規(guī)律 隨著溫度的升高 一方面 各種波長的輻射強度都有增加 另一方面 輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 2 黑體輻射實驗規(guī)律的理論解釋 維恩公式解釋 1896年 德國物理學(xué)家維恩 W K Wien 從熱力學(xué)理論出發(fā) 得到了一個公式 但它只是在短波部分與實驗相符 而在長波部分與實驗存在明顯的差異 如圖乙所示 瑞利公式解釋 1900年 英國物理學(xué)家瑞利 J Rayleigh 從經(jīng)典電磁理論出發(fā)推導(dǎo)出一個公式 其預(yù)測結(jié)果如圖乙所示 在長波部分與實驗吻合 在短波部分偏差較大 尤其在紫外線一端 當(dāng)波長趨于0時 輻射本領(lǐng)將趨于無窮大 這種情況被人們稱為 紫外災(zāi)難 嘗試應(yīng)用1 多選 下列關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的是 AB A 隨著溫度的升高 各種波長的輻射強度都有所增加B 隨著溫度的升高 輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C 黑體熱輻射的強度與波長無關(guān)D 黑體輻射無任何規(guī)律解析 黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加 同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 故A B對 欄目鏈接 1 能量子 1 能量子的定義 振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值 的整數(shù)倍 例如 可能是 或2 3 當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時 也就是以這個最小能量為單位一份一份地輻射或吸收時 這個不可再分的最小能量值 叫作能量子 2 能量子公式 h 是電磁波的頻率 h是一個常量 后被稱為普朗克常量 Planckconstant 其值為 3 能量的量子化 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化 只能取分立值 這種現(xiàn)象叫作能量的量子化 2 量子化假設(shè)的實驗證實 普朗克公式與實驗結(jié)果比較 發(fā)現(xiàn)它與實驗結(jié)果 令人滿意地相符 比較圖線如下圖所示 曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的 小圓代表實驗值 3 普朗克的量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè) 使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識 對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一 它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 嘗試應(yīng)用2 神光 裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng) 利用它可獲得能量為2400J 波長 0 35 m的紫外激光 已知普朗克常量J s 則該紫外激光所含光子數(shù)為多少 欄目鏈接 多選 黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示 由圖可知 欄目鏈接 A 隨溫度升高 各種波長的輻射強度都有增加B 隨溫度降低 各種波長的輻射強度都有增加C 隨溫度升高 輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D 隨溫度降低 輻射強度的極大值向波長較長的方向移動 審題指導(dǎo) 本題考查的是讀圖的能力 由圖可得出波長與輻射強度及溫度之間的關(guān)系 解析 黑體輻射的強度與溫度有關(guān) 溫度越高 黑體輻射的強度越大 故A正確 B錯誤 隨著溫度的升高 黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 隨溫度降低 輻射強度的極大值向波長較長的方向移動 故CD正確 答案 ACD 欄目鏈接 變式訓(xùn)練1 黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示 圖中畫出了三種溫度下黑體輻射的強度與波長的關(guān)系 可見 一方面 隨著溫度的降低 各種波長的輻射強度都有 選填 增加 或 減少 另一方面 輻射強度的極大值向波長 選填 較長 或 較短 的方向移動 欄目鏈接 解析 由圖可知 隨溫度的降低 相同波長的光輻射強度都會減小 同時最大輻射強度向右側(cè)移動 即向波長較長的方向移動 答案 減少較長 二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射 這種長波輻射的波長范圍約是m 相應(yīng)的頻率范圍是 相應(yīng)的光子能量的范圍是 已知普朗克常量h 6 6 J s 真空中的光速c 3 0 m s 結(jié)果取兩位有效數(shù)字 審題指導(dǎo) 電磁波在真空中傳播的速度都相同 都等于光速c 由c 求出頻率范圍 光子能量 h